高頻鐵芯互感器實現高壓線通訊的製作方法
2023-10-23 17:35:37 1
專利名稱：高頻鐵芯互感器實現高壓線通訊的製作方法
高頻鐵芯互感器實現高壓線通訊
背景技術：
高壓輸變電系統，特別是IOKV配電系統經常出現開關跳閘停電事故，對於無 人職守的開關跳閘如果人工合閘送電，則需要很長時間，這就是造成停電時間過長的主 要原因，另外，跳閘電流等運行參數也無法傳給供電局管理體系，這對事故判定造成困 難。為了解決這個技術難題，實現電力網的智能化運行就必須解決沿電力線通訊的技術 難題，只有實現了沿電力線的通訊後，才能將電力網運行參數傳給供電局內的計算機存 儲成為技術運行檔案。只有這樣才能及時判定事故，也可由計算機下令遠距離通訊送 電，使電力網真正實現智能化運行。專利號為20100537447.4發明專利中只敘述了低壓供 電網的通訊技術內容，而沒有解決沿高壓電力線通訊的方法，本發明就是解決了沿高壓 線傳輸通訊信號的方法。實質性技術內容高壓交流電力線是三相制運行方式，對地電壓高，又沒有0線可利用，因此沿 高壓線路疊加通訊信號非常困難。但是供電變壓器是由IOKV線路變為低壓電後給用戶 供電，這樣就可將通訊信號經高頻鐵芯互感器疊加在供電變壓器低壓線卷上，供電變壓 器自然就會轉變成為高壓線卷上向高壓線路傳輸通訊信號了。為了提高轉換效率，不能 將高頻鐵芯互感器套裝在0線上，而是由電容器引線穿過高頻鐵芯互感器後並聯在供電 變壓器的低壓線卷上，電容器與供電變壓器線卷之間連線越短越好，最好直接接在變壓 器出線口上。這樣供電變壓器與負載之間的線路電感就對電容上輸出電流起阻止向負載 傳輸的作用，因此電容器輸出電流絕大部分轉換成為高壓線電流了。另外只有電容器引 線穿過高頻鐵芯互感器，強電電流很小不會使鐵芯飽合，對於高頻50千周，鐵芯截面積 為2cm2時一匝線圈電壓降可達25V以上，一次線圈12匝，直流電源300V，工作電流 5A可輸出1.5KW高頻功率。50千周高頻電流從最大值下降為0正是四分之一周期等於 5微秒，這麼短時間內的變壓器輸出的強電電壓值可視作不變，如果合理選取電容值，那 麼電容器在5微秒正好上升25V，這樣電容器兩端電壓正好與一匝引線上的高頻電壓抵消 掉。高頻鐵芯互感器一次線卷帶中心抽頭，中心抽頭與300V直流電源正極相接，一 次線卷兩個端點分別經電子開關管與直流電源負極相接，工作時由第一隻電子開關管導 通四分之一周期後關斷，這期間電容器兩端電壓因突變產生衝擊電流最大值，經四分之 一周期電壓上升25V正好與一匝高頻電壓相抵消，電流也下降為0，第一隻電子開關管關 斷的同時第二隻電子開關管導通，電容器衝擊電流最大值又會經四分之一周期下降為0， 而電容器電壓從25伏放電到0.這半個周期內高頻鐵芯互感器的激磁電流也是由0上升為 極大值，又從極大值下降到0.所以激磁電流上升和下降也是半個周期，正是第二隻電子 開關管關斷時刻，該時刻激磁電流和電容器工作電流都等於0，因此第二隻電子開關管關 斷後不會出現振蕩電流和電壓，這種半波工作方式對於高頻一次線卷正、反方波脈衝電 壓，而對於電容器迴路是電壓上升和下降的三角波脈衝電壓，同樣電流值也是三角波脈 衝工作方式。這種孤立的脈衝波可準確計數和編程而成為發送簡訊的脈衝信號電壓沿電力線路傳輸。第一隻電子開關管導通時產生的高頻電流應與50周波的低頻電壓極性相 同，而工作時最好選在強電電壓220伏以下，這樣疊加的高頻電壓信號不會超過強電的 峰值電壓值，不會對電路絕緣造成任何影響。這種能夠產生孤立脈衝的工作方式，可以 準確計數而成為編程的簡訊信號電壓才是發明的關鍵技術。只要在高頻鐵芯互感器上繞 制一個接收信號線卷即可接收到其他供電變壓器發送的簡訊了，這樣就將接收裝置和發 送裝置集為一身，實現雙向通訊了。例如現有機械式電能表是由與電壓和電流同相位的 磁場作用力使鋁盤轉動，由齒輪減速後帶動數字盤記錄電度數，該電度數作為供電局收 費的計量電能表數。為了將數字盤記錄的電度數轉換可由晶片編程的通訊字碼，在鋁盤 上打一個小孔可透光，在小孔上方裝上發光二極體，在小孔下方裝上光敏三級管，鋁盤 每轉一周小孔就會透光一次，光敏三極體則導通一次，由晶片記錄出鋁盤的轉動次數， 就將電度數記錄在晶片中了，並且轉化成為可通訊的字碼了，這樣就將機械式電度表變 成為智能化電度表了。供電變壓器負載線卷為星形接線，當穿過高頻鐵芯互感器的電容器並聯在0線 和火線之間，只能在一相上感應出高頻信號，因此必須在另外一相火線和0線之間並聯 一個相同的穿過高頻鐵芯互感器的電容器，並且同時控制電子開關管工作，而且第一隻 電子開關管導通時應與另一相產生反向方波脈衝，關斷後第二隻電子開關管導通時才會 產生正向脈衝，這樣才會在火線上感應出一個與前面所述的高頻方波脈衝電壓相加，而 不會被相互抵消，因此在兩相火線之間就出現一個相互疊加的三角波脈衝了。該脈衝信 號可經供電奕壓器轉換成IOKV高壓線卷中成為沿IOKV高壓電路傳輸的信號，該信號可 以經更高電壓變壓器轉換成為110KV高壓信號。還有一種結構方式，是將高頻鐵芯互感器負載線卷可以繞成2000匝，與高壓電 容器串聯後直接與50萬伏輸電線路的兩相連接，一次線卷仍按上述方式不變，但它必須 承受50萬伏絕緣才行。一次線卷中心抽頭接300V直流電源正極，兩個端點分別由兩個 電子開關管與直流電源負極連接，計算機或晶片控制電子開關管導通5μ s後關斷的同時 另一個電子開關管導通5 μ S，停止一下，這樣每10 μ S出現一個孤立方波脈衝，IOOys內 最多出現10個脈衝，如果只出現1個脈衝則對應手機按鍵1，只出現2個脈衝對應手機 按鍵2，仍此類推，出現10個脈衝對應手機按鍵為0，正好對應1、2、3、4、5、6、7、 8、9、0的10個手機按鍵，由此可以按手機編程轉換成漢字方式發送簡訊了。
附圖-1-是高頻鐵芯互感器的接線電路圖。圖中1是供電變壓器二次負載線卷，
2是穿過高頻鐵芯互感器的電容器，3和4是帶中心抽頭的正、反一次線卷，5是直流電 源的儲能電容器，中心抽頭接於直流電源正極，6和7分別是正、反線卷的控制電子開關 管，分別控制正、反線卷與直流電源負極的導通和關斷，8是接收其他供電變壓器高頻信 號輸出線卷，並由晶片或計算機檢測實現雙向通訊。
實施例110KV/10KV變電所，變電所用電取自IOKV配變壓器時，則將高頻鐵芯互感器
按附圖-1-接線，所用配電變壓器三相都一樣安裝相同設置，任選兩相同時工作時則高頻通訊信號感應至110千伏線路上傳輸信號了。電流、電壓、功率，電能計量等運行參 數輸入計算機存檔，同時也將IOKV開關分斷的電流值和分斷次數輸入給計算機存檔。這 種高壓通訊信號可同時沿IOKV和110KV線路傳輸，因此不但可以將運行參數傳給供電 局，也可以直接操作110KV以及IOKV聯網運行的高壓切換開關，這對於無人職守的野 外聯網的高壓切換開關的運行操作有重大意義，它使風能、太陽能等新型能源併網操作 大為簡化。同時應用在500KV或220KV遠距離輸電線路，在野外交匯處，由無人職守的 高壓開關切換聯網運行的控制也是大為簡化，只要將高頻鐵芯互感器通訊設備及直流備 用電源一起安裝在高壓線鐵塔上即可由計算機控制操作運行。就是在城市居民區中不同 系統的110KV及IOKV線路交匯處的聯網切換開關控制同樣實用，它的應用可以避免檢 修設備或事故造成長時間停電和調峰運行都有實際意義，當IOKV配電線路短路停電事故 出現時，可以由計算機控制恢復送電，只需要幾秒鐘，省去了人工到現場的操作時間。只要將不同的高壓變壓器、高壓切換開關及儀表按順序給出各自密碼，只要對 上密碼才能接通通訊信號，這就相當於手機卡號一樣，實現一對一的雙向通訊。本發明給高壓線路通訊和電力系統聯網切換運行提供了新途徑，使電力聯網運 行更靈活也更安全，也給不同系統調控負荷及併網發電創造了更便捷的途徑。我們知道 由於多種原因全國造成空載運行的變壓器數量非常大，例如農業灌溉、水利、礦山變壓 器，夜間或節假日停產的工廠生產變壓器等都會產生很大的鐵損電能，有的甚至於幾個 月之內空載也照常運行的變壓器很多，供電局利用線路通訊就可以及時發現排除空載變 壓器通知用戶斷電而減少鐵損耗，這對節電也大為有利。最主要的是它可以向各個發 電廠群發簡訊，傳輸電網的周波、電壓等運行參數，給發電機自動化併網運行創造了條 件。這對野外切換開關將兩個獨立電網的併網運行過程大為簡化，可以在極短時間內調 度兩個系統的周波和電壓趨於一致，只要檢測到切換開關兩端的電壓和相位趨於一致時 合閘即可，實現自動化控制併網運行。這對於風力發電和太陽能發電自動併網運行技術 也創造了條件，它可以準確的使併網切換開關在正確時間點處合閘聯網運行，使電網不 出現衝擊電流，保障了聯網的安全運行，由於沿高壓電線路可通訊，對於無人職守的並 網開關實現自動聯網操作是本發明的關鍵技術特徵。
權利要求
1.高頻鐵芯互感器一次線卷中心抽頭與直流電源正極相接，一次線卷兩個端點分別 經電子開關管與直流電源負極相接，二次線卷由電容器引線穿過鐵芯與電力變壓器低壓 線卷並聯構成迴路，採用高頻，第一隻電子開關管導通四分之一周期後關斷，同時第二 只電子開關管導通四分之一周期後關斷，出現了一個正、反方波脈衝，這種孤立方波脈 衝可準確計數用於編程，由電力變壓器將低壓側信號轉換成高壓側電壓信號沿高壓線通 訊，接收信號由繞在高頻鐵芯上的另一個獨立線卷輸出，使發送和接收成為集於一體的 通訊設備。
2.根據權利要求1所述高頻鐵芯互感器一次線卷結構和工作方式不變，二次線卷是繞 在鐵芯上的多匝線卷與電容器串聯後直接與高壓二相火線相接，這樣直接將高頻方波脈 衝信號加在高壓線路上傳輸，這種通訊設備可安裝在野外高壓輸電線交匯處的切換開關 上進行通訊，只要在高壓線上設置備用直流電源，即可受遠距離計算機控制操作切換開 關聯網運行，成為無人職守的切換開關。
3.根據權利要求1所述高頻鐵芯互感器輸出信號由晶片記數並編程成為通訊裝置，並 安裝在機械式電度表中，在機械式電度表鋁盤上打出透光小孔，在小孔上方安裝發光二 極管，在小孔下方安裝光敏三極體，由晶片記錄光敏三極體導通次數成為電度表計量的 電度數，由晶片編程可沿電力線通訊，使機械式電度表成為可通訊的智能化電度表。
全文摘要
高頻鐵芯互感器一次線卷，由中心抽頭與直流電源正極相接，一次線卷兩個端點分別經電子開關管與直流電源負極相接，二次線卷由電容器引線穿過鐵芯與電力變壓器低壓線卷並聯構成迴路，採用高頻，第一隻電子開關管導通四分之一周期後關斷，同時第二隻電子開關管導通四分之一周期後關斷，這時第一隻開關管不再導通則只出現一個正、反方波脈衝，由於電容器充電電壓和激磁電流上升下降時間均相等而復原為0，因此不會出現迴路振蕩現象，該脈衝可準確計數用於編程，由電力變壓器將低壓側高頻通訊信號電壓轉換成高壓側電壓信號沿高壓線通訊，它可向發電廠群發簡訊，傳送周波、電壓信號，給自動化控制併網運行創造了條件。
文檔編號H02M5/10GK102013812SQ20101057415
公開日2011年4月13日 申請日期2010年12月6日 優先權日2010年12月6日
發明者王有元 申請人:王有元